試驗響應電流頻譜法在空心電抗器匝間絕緣檢測中的應用

文/毛興　陸大雄　王路軍　唐志宇

1　引言

空心電抗器自身采用鋁制材料，一般故障率在運行數年后顯著提升。造成空心電抗器故障的原因主要有：絕緣老化、導線斷股、絕緣處置不當、匝間絕緣材料老化、熱老化等。空心電抗器發生故障的主要表現為燒毀及誘發次生火災等。

2　空心電抗器測試技術現狀

空心電抗器目前常見的試驗檢測以離線方式為主。主要包括入阻尼振蕩波法、阻抗頻響法、電感量測試等。其中靈敏度較高并具有一定匝間故障隱患檢測能力的為阻尼振蕩波法和阻抗頻響法。阻尼振蕩波法為高壓試驗，試驗時需要接入高壓電容器與被試品形成LC振蕩，體積相對笨重，有破壞性；阻抗頻響法為低壓測試，但頻帶測試較寬，目前經驗圖譜相對缺乏。

在線測量或監測方法有局部放電法、溫度測量法、磁場法。局部放電是一種靈敏度較高的檢測方法，但因空心電抗器正常工作時表面環境電磁場噪音較大，局部放電試驗時不可避免的受到干擾。

溫度測量法主要采用紅外測量或監測的手段進行測量。溫度測量法相對靈敏度較低，即發現異常溫度時，空心電抗器的匝間絕緣缺陷已經持續一定時間。

電磁分析法也稱作磁場法，其建立在研究干式空心電抗器匝間短路故障后磁場分布變化特征基礎上，判別空心電抗器是否存在匝間短路故障的問題就轉化為判斷空間磁場是否對稱分布的問題。

3　響應電流頻譜法的離線測試

針對以上技術現狀，在線測試與離線測試的技術方法存在較大差異。離線主要以阻抗、電感量的模式進行分析，在線主要通過故障表現外部特征如溫度，振動，磁密等進行測試。因此在線和離線測試的數值關聯性方面的研究較為少見。本篇提出了離線電流頻譜法的測試方法，通過對試驗觸發脈沖下的電流響應頻譜進行識別，對比無故障和含故障狀態下的頻譜特性，從而驗證了電流頻譜法的有效性。如圖1所示。

相比其他試驗技術，電流頻譜法的試驗成本低，接線與阻抗測試法完全相同，僅需要低電壓信號源和一套采集系統即可快速搭建獨立的試驗系統或與阻抗向量測試的相關技術集成。為確保有效捕捉故障特征，試驗觸發信號源可考慮采取方波，正弦波等多種形式，并分析多個觸發信號頻率下的頻譜。頻譜的計算方法可采用FFT傅里葉變換，STFT短時傅里葉變換，小波變換等。

4　電流頻譜法的在線監測討論

從空心電抗器在線運行環境的特征分析，獲取運行電流并計算其頻譜特征的思路是可行的，由此電流頻譜的思想既可用于停電檢測也可用于在線分析。

在線檢測時，通過電流傳感器實現電流探測前端，后續還需對工頻信號進行過濾，并處理現場電流信號的噪音信號等。實際應用中可從以下兩個方面降低分析難度：

（1）通過三相頻譜數據的對比分析。該分析模式為橫向對比，并且可通過三相的頻譜曲線相關性處理等算法過濾系統噪音。

（2）與離線的頻譜數據進行對比分析。通過模擬匝間故障，開展故障試品的試驗對比，累積經驗圖譜，在必要條件下對離線空心電抗器進行升流，捕捉電流信號并開展頻譜計算來獲得故障頻譜曲線。該特征曲線可為在線監測或在線檢測的數據分析提供重要參考依據。

5　總結

本篇簡要介紹了空心電抗器故障的常見離線檢測和在線測量方法，提出了基于響應電流的頻譜分析方法，通過實測驗證了匝間絕緣故障狀態下電流頻譜曲線和無故障頻譜曲線存在明顯差異。本篇還淺析了電流頻譜法用于在線測量或在線監測的應用可行性和數據分析思路。

圖1：35kV空心電抗器脈沖電流頻譜特征對比圖譜